こんにちは、みんなの科学研究所の蛯原ようすけと申します。

おとなとこどものやさしい理科と科学のブログです。

 

電車に乗るとガタンゴトンと音がしますね。

眠気をさそう、ガタンゴトンのリズム。なんとも気持ちがいいリズムです。

この音の犯人は、レールのつなぎ目なのですね。

 

レールとレールのつなぎ目にスキマがあるために、

このスキマに車輪が載ると、ガタンゴトンとなるんですね。

 

ところで、新幹線もレールの上を走る同じ電車です。

新幹線に乗るとあまりガタンンゴトンとならないなぁと感じたことがありませんか。

 

この、感覚、合っています。

たしかに、新幹線に乗るとあまりガタンンゴトンとなりません。

 

同じ鉄道をつかった電車なのに何が違うのでしょうか。

不思議ですね、ちょっと詳しく知りたくなりますね。

ちょっと考えてみます。

 

 

電車は、鉄でできたレールの道の上を走ります。

鉄でできたレールは、伸びたり縮んだりします。

 

カタイイメージのなる鉄も伸びたり、縮んだりするんですね。

ちょっとおどろきですね。

 

夏の暑い日には普通の日と比べると伸びます、

冬のような寒い日には、普通の日に比べて縮んでしまいます。

 

鉄でできたレールはだいたい25メートルで、これをつないで鉄道を作っています。

レールとレールのつなぎ目が狭いと、夏のような暑い日には、

レールが伸びて、行き場所がなくなったレールは曲がってしまいます。

 

レールが曲がってしまうと電車が脱線してしまうので、これではいけません。

 

そこで、レールとレールのつなぎ目のスキマを少し多めにしておいて、

夏の暑い日にレールが伸びたとき、スキマがせまくなるだけで、

レールが曲がらないようにしているんですね。

 

新幹線のレールは長いレールを使っていて、

数キロメートルごとにやっぱりつなぎ目があります。

 

長いレールを使っていることで、ガタンゴトンのなる回数が少なくなるんですね。

 

新幹線のレールのつなぎ目では、

新幹線がガタンゴトンとならないように工夫がしてあります。

 

レールを斜めにカットして、レールとレールをつなぎ合わせて、

レールが伸びても、レールが曲がらないようにしています。

 

斜めにカットしてつなぎあわせると、レールとレールの間のスキマがせまくなるので、

あんまりガタンゴトンとならいんですね。

 

新幹線は高速で走るから、レールのつなぎ目をなるべく少なくして、

つなぎ目のスキマも少なくするようにしていたんですね。

こうしないと、新幹線は、ずっとガタガタ振動してのり心地がわるくなりますね。

 

 

ところで、カタイイメージの鉄でできているレールは

どうして伸びたり縮んだりするのでしょうか。

 

ゴムなら、手で引っ張って伸びたり縮んだりするから、なんとなくわかります。

鉄が伸びたり縮んだりするのは、ちょっとイメージがつかないですね。

 

鉄が伸びたりはどうしてか。この犯人をつきとめるために、

鉄のなかでなにが起きているのか考えてみます。

 

鉄を小さく小さく分解していくと、鉄の原子(げんし)になります。

鉄の原子(げんし)は熱のエネルギーをたべて、いつもブルブルと振動しています。

 

ブルブル振動がとまるのは、約マイナス２７３℃の時だけです。

温度が高くなると、ブルブルと振動も大きくなります。

 

普段は、ほかの仲間の鉄原子(げんし)とならんで、

あっちこっちに飛んでいかないで、その場所でブルブルと振動しています。

 

温度が高くなると、鉄原子(げんし)は熱のエネルギーをたくたんたべて、

元気にブルブル振動するようになります。

 

仲間の鉄原子（げんし）を跳ね飛ばしたりしないように距離を保ちながら、

ちょっと大きく振動するようになります。

 

そうすると、ちょっと鉄原子(げんし)が大きくなったように見えます。

本当は、鉄原子(げんし)は大きくなっていないのですが、

高速で大きくブルブル振動するので、平均してみると、

鉄原子(げんし)が大きくなったように見えるようになってしまうんですね。

 

鉄原子(げんし)がちょっと大きくなると、

鉄原子(げんし)ががたくさん集まってできた、レールは伸びてしまうんですね。

 

手で引っ張っても伸びない鉄が、鉄原子(げんし)が熱のエネルギーを食べると

伸びてしまうんですね。

原子(げんし)の力は意外とすごいですね。

【みんなの科学研究所】　理念：好奇心から生まれるしあわせ

蛯原ようすけ　

 

 

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